1
PHẦN I: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO
LỒNG SÓC
CHƯƠNG 1 : XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
Đối với động cơ điện không đồng bộ thì đường kính trong (D) và chiều dài lõi
thép (l
δ
) của stato là những kích thước chủ yếu. Những kích thước
này được tính chọn trên cơ sở đảm bảo cho động cơ khi được chế
tạo có tính kinh tế cao, đồng thời có tính năng phù hợp thoả mãn
các chỉ tiêu về kỹ thuật mà nhà nước qui định. Tính kinh tế của
động cơ không chỉ là vật liệu sử dụng để chế tạo ra nó mà còn xét
đến quá trình chế tạo trong nhà máy. Chọn kích thước chủ yếu còn
phải phù hợp với điều kiện công nghệ như khuôn dập, vật đúc, các
chi tiết gia công cơ khí, chi tiết tiêu chuẩn hoá
Tuy nhiên trong phạm vi thiết kế tốt nghiệp, công việc tính chọn các kích thước
chủ yếu của động cơ dựa trên cơ sở đảm bảo thoả mãn những tiêu
chuẩn kỹ thuật mà nhà nước qui định.
Khi tính toán D và l
δ
phải dựa vào một hằng số được gọi là hằng số máy điện
(hằng số Arnold) được biểu diễn bởi công thức sau:
p
nlD
BAkk
C
dS
A
′
==


ta phải tính số
đôi cực.
- Số đôi cực từ:
p =
1
1
n
f.60
2
=
60.50
1000
= 3
Trong đó:
f
1
: Tần số định mức
n
1
: Tốc độ đồng bộ
- Số cực của máy : 2p = 2 x 3 = 6 (cực)
1.2. Xác định đường kính ngoài của lõi thép stato (D
n
):
-Khi xác định kết cấu của động cơ không đồng bộ giữa đường kính trong D
và ngoài D
n
của stato có một mối quan hệ nhất định theo hệ số K
D
=

0,72
+Với D
n
= 19,1 (cm)
D = k
D
×
D
n
= ( 0,64 ÷ 0,68 )x 191
= ( 122,24 ÷ 129,98 ) (mm)
Chọn D = 12,3 (mm)
1.4. Công suất điện từ tính toán (P’)
P' =
ϕη
cos.
.
âmE
Pk
3

k
E
là hệ số chỉ quan hệ giữa điện áp đặt vào và sức điện động sinh ra trong
động cơ, ứng với D
n
= 19,1cm và 2p = 4 theo hình 10 -2 TL[1] tra được k
E
=
0,965.

):

nDBAkk
P
l
ds

.10.1,6
2
/7
δδ
δ
α
=
Với :
δ
α
: hệ số cung cực từ.

s
k
: hệ số sóng.
k
d
: Hệ số dây quấn.
A: Tải đường.

δ
B
: Mật độ từ thông tại khe hở không khí.

, 2p.
Việc chọn A ,
δ
B
có ảnh hưởng rất lớn đến kích thước chủ yếu D ,
δ
l
của
máy điện. Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu nên cho A và
δ
B
lớn, nếu A và
δ
B
quá
lớn thì tổn hao đồng và thép tăng lên làm động cơ nóng, ảnh hưởng đến tuổi thọ
của máy.Do đó khi chọn A và
δ
B
cần xét đến chất liệu của vật liệu sử dụng, nếu
sử dụng vật liệu sắt từ tốt ( có tổn hao ít hay độ từ thẩm cao ) thì có thể chọn A
lớn. Ngoài ra, tỉ số A và
δ
B
cũng ảnh hưởng đặc tính làm việc và khởi động của
động cơ vì A đặc trưng cho mạch điện còn
δ
B
đặc trưng cho mạch từ.
Với 2p=4, Dn =19,1 theo hình 10.2b TL[1] tra được:

=
4
3,1214,3 ×
= 9,65 (cm)
Vì l
δ
= 7 (cm) chiều dài lõi sắt ngắn, việc tản nhiệt không khó khăn nên lõi
sắt có thể ép thành một khối, do đó chiều dài tính toán của lõi sắt phần ứng trên
khe hở không khí bằng chiều dài lõi sắt. Vậy chiều dài lõi sắt stato và rôto là:
l
1
= l
2
= l
δ
= 7 (cm)
Cũng giống như các động cơ khác, nên việc chọn kích thước chủ yếu D và
δ
l
cho một động cơ không chỉ có một nhóm trị số. Vì vậy khi thiết kế phảI căn cứ
vào tình trạng sản xuất mà tiến hành so sánh các phương án một cách toàn diện để
được một phương án kinh tế và hợp lý nhất. Quan hệ D và
δ
l
được biểu thị trong
quan hệ:
λ
=
τ
δ

l
của máy có công suất P = 4kw, 2p = 4 là:
96,0725,0.33,1.
34
===
λγλ
5
Theo hình 10. 3a TL[1] thì
3
λ
và
4
λ
đều nằm trong phạm vi kinh tế nên ta
chọn các thông số trên là hợp lý .
1.7. Dòng điện pha định mức (I
1
)
Dòng điện pha định mức của máy được xác định theo công thức sau:
I
1
=
ϕη
cos 3
10.
1
3
U
P
U

1
), thường ta lấy
43
1
÷=q
đối với những động cơ có công suất nhỏ. Chọn
q
1
nhiều hay ít đều ảnh hưởng đến số rãnh stato (Z
1
). Số rãnh này không nên quá
nhiều, vì như vậy diện tích cách điện chiếm chỗ so với rãnh ít sẽ nhiều hơn, do đó
hệ số lợi dụng rãnh sẽ kém đi, mặc khác về phương diện độ bền cơ năng sẽ yếu đi.
Ít răng quá sẽ làm dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi thép, nên sức từ
động phần ứng có nhiều sóng bậc cao, do đó khó chọn hệ số dây quấn thích hợp để
triệt tiêu sóng bậc cao đó. Trị số q
1
nói chung nên chọn số nguyên vì như vậy có
thể cải thiện đặc tính làm việc và có khả năng giảm được tiếng kêu của động cơ.
Trong thiết kế dãy động cơ điện, thường ta muốn lợi dụng một số khuôn
dập rãnh để dập lá tôn dùng được cho nhiều máy khác nhau. Vì vậy muốn có trị số
q
1
phù hợp với những động cơ khác nhau, ta không thể chọn q
1
tuỳ ý được.
2.1. số rãnh stato(Z
1
):
- số rãnh của 1 pha dưới mỗi bước cực q

2.3. Số thanh dẫn tác dụng của 1 rãnh (u
r1
)
Số thanh dẫn một rãnh xác định theo công thức:

1
11
1

I
atA
u
r
=

40
68.6
107,1250
=
××
=
Chọn a
1
= 1: số mạch nhánh song song
7
Lấy u
r1
= 40 (vòng).
2.4. Số vòng dây nối tiếp của một pha (w
1

1850
2
1
mmA
A
AJ
J ===
- Tiết diện dây sơ bộ:

)(9027,0
4,711
68,6

2
111
1
/
1
mm
Jna
I
S =
××
==
n
1
: số sợi ghép song song, chọn n
1
= 1
Theo phụ lục VI, bảng VI.1 TL[1]. Chọn dây đồng tráng men PETV có

2
30
3sin
2
sin.
2
sin
1
1
===
α
α
q
q
k
r
- góc độ điện giữa hai rãnh kề nhau:
0
1
20
36
360.2
360.
===
Z
p
α
- Hệ số dây quấn:
8
k

1
4
l
10.
B
τα
Φ
=
δ
δ

)(85,0
7.65,9.71,0
10.00411,0
4
T==
2.8. Sơ bộ định chiều rộng của răng (b
Z1
)
- Sơ bộ chiều rộng của răng stato xác định theo công thức sau:
cz
Z
klB
tlB
b11
1
/

Z1
= 1,77T
k
C
: Hệ số ép chặt. Hệ số ép chặt lõi cực từ chỉ quan hệ giữa chiều dài phần
thép với chiều dài thực của lõi thép. Hệ số này phụ thuộc vào áp suất ép chặt lõi
thép, độ không đồng đều của bề dày lá thép, chiều dày lớp sơn cách điện và chiều
dày lõi thép. Khi chiều dày lõi thép không quá
( )
cm1514 ÷
thì không cần phủ sơn.
Lõi thép stato của động cơ không đồng bộ được làm bằng thép kỹ thuật điện dày
0,5mm. Ta chọn k
C
= 0,95.
2.9. Sơ bộ định chiều cao của gông stato (h’
g1
)
- Sơ bộ chiều cao của gông xác định như sau:
cg
g
klB
h
2
10.
11
4
/
1
Φ


( )
mmh
d
hh
r
47,106,0
2
26,7
7,14
2
41
2
112
=−−=−−=
+
)(7,1493,1
2
3,121,19
'
2
11
mmh
DD
h
g
n
r
=−
−

π
+
( )
( )
( )
mm
Z
ZbhD
d
zn
26,7
14,336
364,53,19219114,3
2
1
1141
2
=
+
×−×+
=
+
′
−−
=
π
πHình 2.1: Kích thước rãnh stato.

( )
2
22
65,87
8
6.14,3
)5,247,10(
2
26,76
8
26,7.14,3
mm=+−
+
+
- Diện tích cách điện rãnh :

mcd
c
d
chh
d
S .
2
.22
2
1
4112
2
ππ
+

SS
S
c
= 87,65-11,68= 75,97 (mm
2
)
- Hệ số lấp đầy rãnh:
k
đ
=
708,0
97,75
16,1.1.40

2
2
11
==
r
cdr
S
dnu
Trị số của hệ số lấp đầy k
đ
nên lấy trong khoảng
( )
75,07,0 ÷
là hợp lý, k
đ
không nên lấy quá 0,8 và như vậy khi đặt dây quấn vào rất khó khăn và dễ làm cho

=
−
++
=
π

( )
( )( )
)(39,526,7
36
6,047,10212314,3
)2(
//
1
2
1
4112
//
1
mmb
d
Z
hhD
b
Z
Z
=−
++
=
−

26,7
7,14
2
123191
62
1
2
1
mmh
d
h
DD
h
g
r
n
g
=−−
−
=
−−
−
=
2.13. khe hở không khí
( )
δ
Khi chọn khe hở không khí
δ
ta cố gắng lấy nhỏ để dòng không tải
nhỏ và cos

• Phương pháp dập 3 đường kính: Đây là phương pháp thông dụng của
các nhà máy.
+ Bước 1: Dập rãnh stato
+ Bước 2: Dập rãnh roto, lỗ thông gió
+ Bước 3: Dập đường kính ngoài lá thép stato, đường kính trong và
lỗ trục . Ưu điểm của phương pháp này là lực dập của các bước tương đối đồng
đều, bởi vì 3 đường kính: đường kính trục, đường kính ngoài, đường kính trong
của lá thép stato đều dập một lần nên độ đồng tâm rất cao.
Việc cách điện các lá thép stato và roto được thực hiện bằng phương pháp
oxi hoá trên bề mặt lá thép. Xử lý độ bavia bằng phương pháp dũa.
12
Với dây quấn 3 pha đồng tâm một lớp bước đủ 2 mặt phẳng có Z
1
= 36, 2p
= 4, q
1
= 3 . Ta có góc lệch pha giữa 2 cạnh liên tiếp:
0
1
20
36
360.2
360.
===
Z
p
α
93.3.
1
==== qmy

khô.
Nhiệt độ sấy càng cao thì quá trình bay hơi nước càng nhanh nhưng không
được cao quá cấp chịu nhiệt tương ứng với vật liệu cách điện đó. Có thể đẩy nhanh
quá trình sấy khô dưới áp suất thấp, nhưng chú ý trước khi hút chân không phải
sấy nóng dây quấn đến nhiệt độ định mức.
Phương pháp tẩm cơ bản là nhúng toàn bộ dây quấn đã sấy khô (còn nóng)
vào sơn cách điện. Sơn được thấm sâu vào lớp cách điện. Sơn được thấm sâu vào
lớp cách điện nhờ mao dẫn và áp suất do khối lượng bên trên tạo ra. Số lần tẩm
sơn phụ thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ và loại cách điện dược dùng.
Khi tẩm trong bình chân không và áp lực phải tuân theo một qui trình định
trước, đảm bảo thời gian và áp lực qui định(từ 3 đến 5 phút dưới áp lực từ 7 đến
8kg/cm
2
).
Sau khi tẩm để ráo sơn, tiếp tục sấy khô sơn. Giai đoạn sấy khô có thể chia
thành 2 công đoạn: loại trừ dung môi của sơn và thiêu kết lớp màn sơn. Thời gian
sấy và nhiệt độ sấy tuỳ thuộc vào điện trở của cách điện vật liệu.
14
CHƯƠNG 3 : XÁC ĐỊNH DÂY QUẤN , RÃNH VÀ GÔNG
RÔTO
3.1. Chọn số rãnh roto (Z
2
)
Việc chọn số rãnh roto lồng sóc (Z
2
) là một vấn đề quan trọng vì khe hở
không khí nhỏ. Khi mở máy momen phụ do từ trường sóng bậc cao gây nên ảnh
hưởng rất lớn đến quá trình mở máy và ảnh hưởng đến dặc tính làm việc. Vì vậy
để có tính năng tốt, khi chọn Z
2


δ
2
/
−=
DD

)(24,1203,0.23,12 cm=−=
15
3.3. Bước răng rôto (t
2
)
Khoảng cách giữa các cạnh cùng một phía của hai răng kề nhau: 2
/
2
.
Z
D
t
π
=

)(372,1
28
24,12.14,3
cm==
3.4. Sơ bộ định chiều rộng răng roto (b

3.5. Đường kính trục roto (D
t
) t
D
= 0,3.D
= 0,3
×
12,24 = 3,672 (cm). .
Chọn : D
t
= 3,7 (cm)
3. 6. Dòng điện trong thanh dẫn roto (I
td
)
)(5,286
28
96,02406
68,687,0
6
.
2
1
12
AI
Z
kW
IkII

I
v
td
V
==
=
π
3.8. Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm (S
td
)
Với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc , do diện tích rãnh roto đồng thời
là tiết diện thanh dẫn, vì vậy phải thiết kế tiết diện rãnh roto sao cho nằm trong
phạm vi cho phép. Mật độ dòng điện trong thanh dẫn nằm trong phạm vi
( )
2
/5,35,2 mmA÷

)(85,81
5,3
5,286
2
2
mmS
J
I
S
td
td
td
==

)(230
8,2
82,643
2
mm
J
I
S
V
V
V
===
3.10. Kích thước rãnh roto và vành ngắn mạch
+sơ bộ định chiều cao gông roto

( )
cm
klB
h
cg
g
57,2
95,0.7.2,1.2
10.00411,0
.2
10.
4
22
4
'

'
242
'
1
=
+
−−
=
+
−−
=
π
π
17
( )
( )
( )
mm
Z
ZbhD
d
zgt
28,3
14,328
7.287,25.23714,3
2
2
2
'
2

'
22
142
'
12
=






+
−−−=






+
−−−=
π
( )
mmhh
dd
h
r
17145,11
2

2
=−
++
=−
++
=
π

( )
( )
( )
mmd
Z
hdD
b
z
784,5
28
84,51.24,12214,3
2
1
2
421
'
''
2
=−
−−
=−
−−

t
g
15,25
6
28,3
17
2
374,122
62
2
2
'
2
=−−
−
=−−
−
=
+ Diện tích rãnh rôto :
Hình 3.1. kích thước rãnh roto
18
( )
( )
)(82,69
2
28,384,5
45,1128,384,5
8
14,3
28

π
+ Kích thước vành ngắn mạch :
Hình 3.2. Kích thước vành ngắn mạch
Theo trang 234,TL[1], chiều cao vành ngắn mạch
2
2,1
r
hb ≥
ta chọn
( )
mmhb
r
2217.294,1294,1
2
===
( )
mm
b
S
a
v
45,10
22
230
===

+Diện tích vành ngắn mạch:

S
VNM

2c
= 4mm
b
1c
D
v
a
19
Hình 3.3. Kích thước cánh tản nhiệt đầu vành ngắn mạch

3.11. làm nghiêng rãnh roto (b
n
)
Để giảm lực ký sinh tiếp tuyến và hướng tâm, ta làm nghiêng rãnh ở roto
hay stato, vì làm như thế có thể triệt tiêu sóng điều hoà răng.Thông thường ta làm
nghiêng rãnh ở roto
Độ nghiêng bằng một bước rãnh stato:
b
n

≈
t
1
= 1,07cm
T
b
2c
20
CHƯƠNG 4 :TÍNH TOÁN MẠCH TỪ
Mục đích của việc tính toán mạch từ là xác định sức từ động cần thiết để tạo ra

+ F
Z2
+ F
g1
+ F
g2
Trong đó các ký hiệu
δ
, Z, g chỉ khe hở không khí, răng và gông lõi thép, ký
hiệu 1, 2 chỉ stato và roto. Căn cứ vào sức điện động cần thiết ở dây quấn phần
ứng tịm được từ thông
φ
, theo kích thước của động cơ tìm tiết diện s
x
của từng
đoạn mạch từ, sau đó xác định từ cảm B
x
của mỗi đoạn mạch từ
21
x
x
S
B
φ
=
Theo trị số B
x
, sử dụng đường cong từ hoá tương ứng với loại vật liệu sắt từ
tìm H
x

=
δν
δ
t
t
k
Với ν
1
=
δ+
δ
/b5
)/b(
41
2
41
=
67,5
3,0/66,25
)3,0/66,2(
2
=
+

+
33,1
03,033,1372,1
372,1
.
22




=
+






=
δ
δ
ν
b
b

22,133,119,1.
21
=×==⇒
δδδ
kkk
Ta chọn loại thép kỹ thuật điện cán nguội loại 2211
4.2. Sức từ động khe hở không khí (
δ
F
)
)(76,49710.03,022,185,06,110 6,1
44

chọn H
Z1
= 27 (A/cm)
- Sức từ động trên răng stato:

)(312,6627288,12.2
1
/
11
AHhF
ZZZ
=××==
22
Với :
)(288,1
3
726,0
47,1
3
1
/
1
cm
d
hh
rZ
=−=−=
4.4. Sức từ động ở răng roto (B
Z2
)

2
/
22
AHhF
ZZZ
=××==
Với :
)(59,1
3
328,0
7,1
3
2
/
2
cm
d
hh
zZ
=−=−=
- Hệ số bão hoà răng:

27,1
76,497
596,70312,6676,497
21
=
++
=
++

×××
=
Φ
=
- Cường độ từ trường trên gông stato.
Ứng với loại thép 2211 và B
g1
= 1,7T Theo bảng V.9 phụ lục V TL[1] chọn
H
g1
= 21,8 (A/cm).
- Chiều dài mạch từ ở gông stato:

( )
)(57,13
4
)81,11,19(14,3
2
.
1
1
cm
p
hD
L
gn
g
=
−
=

10.
4
22
4
2
T
klh
B
cg
g
=
×××
=
Φ
=
- Cường độ từ trường trên gông roto.
- Theo bảng V.9 phụ lục V Tl[1], ứng với B
g2
= 1,53T và loại thép 2211,
chọn H
g2
= 10 (A/cm).

- Chiều dài mạch từ ở gông roto:
)(48,4
4
)015,27,3.(14,3
2
).(
2

δ
F
+ F
Z1
+ F
Z2
+ F
g1
+ F
g2
F = 497,76 + 66,312 + 70,596 + 73,956 + 13,44
= 722 (A)
- Hệ số bão toàn mạch từ :

45,1
76,497
722
===
δ
µ
F
F
k
- Dòng điện từ hoá:

)(32,2
96,02407,2
7222
7,2
.

Điện trở và điện kháng là những tham số của động cơ điện không đồng bộ roto
lồng sóc. Điện kháng được xác định bởi từ thông móc vòng với đơn vị dòng điện
và tần số. Từ thông móc vòng của động cơ trên có thể chia làm hai loại: Từ thông
móc vòng cảm ứng tương hỗ(từ thông chính) và từ thông móc vòng tản từ. Mỗi
loại có tính chất riêng của mình trong việc xác định các đặc tính làm việc và các
đặc tính khác của động cơ.
Dựa vào các điện trở ta có thể xác định các trị số tổn hao của dây quấn của
động cơ điện ở chế độ làm việc ổn định cũng như trong quá trình quá độ. Trong
thiết kế động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc, việc tính toán điện trở và điện
kháng của dây quấn là một vấn đề khó khăn và là một vấn đề quan trọng.
5.1. Xác định điện trở của dây quấn
5.1.1. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato (l
đ1
)
l
đ1
= k
đ1
.
y
τ
+ 2B = 1,3.10,8 + 2.1 = 16,04 (cm)
Trong đó:
)(8,109
36
)47,13,12.(14,3
.
).(
1
1

= 2.l
tb
.W
1
.10
-2
= 2
×
23,04
×
240.10
-2
= 10,6 (cm)
+Chiều dài phần đầu nối dây quấn stato ra khỏi lõi sắt (f)
f = k
f1
.
y
τ
+B = 0,4.10,8 +1 = 5,32(cm)
Với 2p = 4, theo bảng 3.4, TL[1] chọn k
f1
= 0,4
5.1.4. Điện trở tác dụng của dây quấn stato (r
1
)

)(663,2
9027,0.1.1
6,110


)m/mm(
46
1
2
75cu
0
Ω=ρ
- Tính theo đơn vị tương đối:

08,0
220
68,6
663,2.
1
1
11
===
∗
U
I
rr
5.1.5. Điện trở tác dụng dây quấn của roto (r
td
)
Điện trở tác dụng tính theo công thức sau :

)(10.43,0
82,69
10.7

)(10.021,0
230.28
10.94,914,3
.
23
1
.
10
.
4
2
2
2
Ω=
×
==
−
−
−
v
v
Alv
SZ
D
r
π
ρ
5.1.7. Điện trở rôto (r
2
)

0
2
===∆
Z
p
π
5.1.8. Hệ số quy đổi (
γ
)

4
2
2
2
11
10.275,2
28
)96,0240.(34
) (.4
=
××
==
Z
kWm
d
γ
5.1.9. Điện trở roto đã quy đổi (r
;
2
)